Дуговая сталеплавильная печь (стр. 5 из 9)
(4.12)где pо= 0,45 – толщина огнеупорного слоя.
5. ВЫБОР ФУТЕРОВКИ ПЕЧИ
5.1 Футеровка подины
Рисунок 5.1 Температурные швы в кладке свода печи.
а) теплоизоляционный слой; б) огнеупорный слой.
Подина играет существенную роль при плавке стали. Она работает в тяжелых тепловых и механических условиях. На раскаленную подину укладывается при загрузке холодная шихта; подина испытывает резкие температурные колебания, удары и давление, поэтому она должна иметь механическую прочность при температуре 800 –100 °С. При перемешивании жидкой ванны подина подвергается размывающему действию жидкой стали. Тепло в печи выделяется в дугах, у поверхности металла, и тепловой поток направлен от поверхности к подине. При установившемся тепловом режиме ванны значение этого теплового потока определяется тепловыми потерями через подину, которые обусловливают температурный перепад по высоте металла. В виду этого подину выполняем из трех слоев: внутреннего набивного, необходимого для того, чтобы образовать ванну со стенками, непроницаемыми для жидкого металла; среднего, состоящего из кирпичной огнеупорной кладки и воспринимающего механическую нагрузку от набивного слоя; наружного теплоизоляционного слоя, работающего в более легких тепловых условиях и обеспечивающего необходимое тепловое сопротивление подины. Внутренняя и средняя часть подины выполняются их магнезита. Наружная часть кладки (теплоизоляция) выполняется из шамотного порошка и асбеста [4]. Подину готовят следующим образом: на металлический каркас дна печи укладывают слой 20 мм листового асбеста. На этот подготовительный слой, скрывающий все неровности кожуха (например, сварочные швы), укладывают "на плашку" три слоя шамотные кирпичи (рис. 5.1, а), а на них на них "на ребро" четыре слоя огнеупорного кирпича (рис. 5.1, б). Магнезитовые кирпичи укладывают без раствора, тщательно притирая их друг к другу. Швы и ряды кирпичей пересыпают мелким магнезитовым порошком для лучшего заполнения швов кладка каждого ряда простукивается деревянными молотками. Ряды кирпичей должны взаимно перекрываться, т. е. швы соседних рядов не должны совпадать. Через каждые пять – восемь кирпичей в обоих направлениях необходимо делать температурные швы шириной 3 –4 мм. Набивной слой подины представляет собой массу, состоящую из магнезитового порошка. Толщина набивного слоя 90 мм.
5.2 Футеровка стен
Стены выкладывают их магнезитохромитового кирпича всухую с пересыпкой швов магнезитовым порошком. Так как ванна печи имеет круглую форму, то, кроме нормальных кирпичей применяют фасонные. Они более стойки по сравнению с тесаными, поэтому теску кирпичей желательно свести к минимуму. Через каждые 1200 – 1500 мм в стенах оставляют вертикальные температурные швы шириной 10 – 15 мм радиального направления, заполненные толем.
Рабочие окна печи обрамляют столбиками и перекрывают аркой из одного или двух рядов кирпича "в перевязку". Срок службы арок должен соответствовать сроку службы стен.
5.3 Футеровка свода
Свод печи выкладывается из хромомагнезита. Свод из такого кирпича служит в 1,5 –2 раза дольше динасовых [4]. Недостатками хромомагнезита является его высокая теплопроводность и большая плотность по сравнению с динасом, что приводит к утяжелению свода.
6. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ПЕЧИ
6.1 Тепловые потери через футеровку стенок печи
Стена имеет один слой огнеупорной кладки из магнезитохромита. Демпферный слой засыпки толщиной 40 мм в расчет можно не вводить, полагая что его тепловым сопротивлением можно пренебречь.
Определим удельные тепловые потери для двух крайних случаев – при полной толщине новой огнеупорной кладки и при изношенной на 50 % огнеупорной кладке.
По данным [5] коэффициент теплопроводности магнезитохромитового кирпича l=3,88 – 1,48×10 -3tср.
Температуру внешней поверхности стенки выбираем так, чтобы удельный тепловой поток через стены соответствовал удельной теплоотдаче с поверхности кожуха. Температуру внутренней поверхности огнеупорной кладки принимаем равной t1 = 1600 °C. Температура внешней поверхности кладки t2 = 290 °C и для этих условий определяем коэффициент теплопроводности:
(6.1)Удельные тепловые потери через стенку новой кладки:
(6.2)где d = 0,45 – толщина стенки новой кладки, м.
При изношенной огнеупорной кладке для определения тепловых потерь зададимся температурой кожуха t2 = 390 °C. Коэффициент теплопроводности магнезитохромитового кирпича при этих условиях
(6.3)Удельные тепловые потери через стенку изношенной кладки:
(6.4)Для средней толщины стены 0,75×0,45 = 0,34 м расчетные удельные тепловые потери:
(6.5)Расчетная внешняя поверхность стены:
(6.6)Тепловые потери через футеровку стены:
(6.7)6.2 Тепловые потери через футеровку свода печи
Расчет аналогичен расчету футеровок стен. В качестве материала футеровки свода использован хромомагнезит. Коэффициент теплопроводности хромомагнезита l=1,95 – 0,13×10 -3tср.
Произведем расчет для полной толщины стенки свода. Температуру внешней поверхности свода принимаем равной t2 = 240 °C
(6.8)Удельные тепловые потери через стенку новой кладки:
(6.9)где L = 0,53 – толщина стенки новой кладки свода, м.
При изношенной огнеупорной кладке для определения тепловых потерь зададимся температурой кожуха t2 = 315 °C. Коэффициент теплопроводности хромомагнезита при этих условиях
(6.10)Удельные тепловые потери при изношенной кладке:
(6.11)Для средней толщины свода 0,75×0,53 = 0,40 м расчетные удельные тепловые потери:
(6.12)Расчетная внешняя поверхность свода:
(6.13)где Rсв= 5,25 м – радиус кривизны свода.
Тепловые потери через футеровку свода:
(6.14)6.3 Тепловые потери через футеровку подины
Удельные тепловые потери через футеровку подины определяем по следующим исходным данным. Огнеупорная часть подины выполняется из четырех слоев магнезитового кирпича "на ребро" (4´115 = 460 мм) и набивки толщиной 90 мм из магнезитного порошка, замешанного из смеси смолы и пека. Для упрощения расчета коэффициент теплопроводности принимаем таким же, как для магнезитового кирпича. Для плотного магнезита марки МП-89 по данным [5] l1 = l2 = 13,8 – 7,6×10 -3tср.
Теплоизоляционная часть футеровки подины выполняется из четырех слоев легковесного шамота типа ШЛБ – 1,3 "на плашку" суммарной толщиной 195 мм, которые обеспечивают необходимое тепловое сопротивление. Коэффициент теплопроводности такого кирпича l3 = 0,5 + 0,36 ×10 -3tср. Шамотные кирпичи укладываются на слой асбеста толщиной 20 мм. Теплопроводность асбеста l4 = 0,128 + 0,255×10 -3tср.
Для определения удельных потерь принимаем температуру внутренней поверхности футеровки подины t1 = 1600 °C и температурой внешней поверхности футеровки t5 = 170 °C, а также температурами на границах слоев футеровки t2 = 1480, t3 = 1140, t4 = 445 °C. Значения этих температур выби-
Рисунок 6.1 Распределение температур в
сечении четырехслойной футеровки подины.
раются из условия равенства удельного теплового потока через каждый слой футеровки и удельной теплоотдачи с поверхности кожуха на основании данных предварительного расчета.
При этих условиях
(6.15) 
(6.16) 
(6.17) 
(6.18)Удельный тепловой поток через подину:
(6.19)где d1, d2, d3, d4 – толщины набивного, огнеупорного, шамотного и асбестового слоев соответственно.
Температура на границе огнеупорного и теплоизоляционного слоя t3 = 1140 < tдоп = 1300 °C (максимально допустимой для легковесного кирпича ШЛБ-1,3).
Расчетная внешняя поверхность подины:
(6.20)где Rпод = 4,8 м – радиус кривизны подины;
E = 0,768 м – толщина подины.
Тепловые потери через футеровку подины:
(6.21)